【正文】 附錄A 外文資料翻譯Journal of Mechanical Science and Technology ( KSME Int. J.), Vol. 19, No. 5, pp. 10951106, 2005 1095CNC implemented Fault Diagnosis and Web based Remote Services AbstractRecently, the conventional controller of machinetool has been increasingly replaced by the PCbased open architecture controller, which is independent of the CNC vendor and on which it is possible to implement userdefined application programs. This paper proposes CNC implemented fault diagnosis and webbased remote services for machinetool with open architecture CNC. The faults of CNC machinetool are defined as the operational faults occupied by over 70% of all faults. The operational faults are unpredictable as they occur without any warning. Two diagnostic models, the switching function and the step switching function, were proposed in order to diagnose faults efficiently. The faults were automatically diagnosed through the fault diagnosis system using the two diagnostic models. A suitable interface environment between CNC and developed application modules was constructed for the internal function of CNC. In addition, a suitable web environment was constructed for remote services. The web service functions, such as remote monitoring and remote control, were implemented, and their operability was tested through the web. The results obtained through this research could be a model of fault diagnosis and remote servicing for machinetool with open architecture CNC.Key Words : Open Architecture Controller, CNC, Fault Diagnosis, Remote Services1. IntroductionDuring the past few decades, general Computerized Numeric。感謝我的家人多年來(lái)對(duì)我學(xué)業(yè)上的支持，是他們一直以來(lái)的默默付出，使我順利度過(guò)了十幾年的求學(xué)生涯。感謝一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們。你們使我擁有了自主學(xué)習(xí)的能力，使我對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)的知識(shí)產(chǎn)生了濃厚的興趣，謝謝你們。對(duì)馬老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。馬老師多次詢(xún)問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)，給我提出了許多意見(jiàn)和指示，使我能夠圓滿(mǎn)的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1]《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組．機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第四冊(cè) [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997．[2] 李國(guó)華．機(jī)械故障診斷[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1992 ． [3] 楊云強(qiáng)．測(cè)試技術(shù)與虛擬儀器[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．[4] 林宋，田建君．現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003．[5] 朱文藝，陸全龍．?dāng)?shù)控機(jī)床故障診斷與維修[M]．北京：科學(xué)出版社，2006．[6] 張發(fā)啟．現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)及應(yīng)用[M]．北京：西安電子科技大學(xué)出版社，2005．[7] 機(jī)床故障診斷與檢修叢書(shū)編委會(huì)．機(jī)床液壓系統(tǒng)常見(jiàn)故障診斷與檢修[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006．[8] 蔡厚道．?dāng)?shù)控機(jī)床構(gòu)造[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，2007:86~96．[9] 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變換、小波變換等時(shí)頻分析技術(shù)研究更有效的特征信號(hào)提取和分析處理的方法。本課題設(shè)計(jì)針對(duì)機(jī)床因振動(dòng)引起的位移變化進(jìn)行檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)的判斷。振動(dòng)的檢測(cè)值是對(duì)機(jī)械狀態(tài)考核的一種非常有用的指標(biāo)。為方便用戶(hù)，本系統(tǒng)設(shè)置了數(shù)控機(jī)床中各種常見(jiàn)氣動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)，可快速判斷機(jī)床是否正常工作。本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)振動(dòng)烈度的評(píng)級(jí)。本課題設(shè)計(jì)的液壓裝置檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)液壓裝置運(yùn)行時(shí)最關(guān)鍵的壓力、流量、溫度、振動(dòng)信號(hào)的采集分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的基本判斷。主要結(jié)論有：(1)用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床狀態(tài)檢測(cè)，構(gòu)成簡(jiǎn)單、功能齊全，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要隨時(shí)修改面板的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)構(gòu)建周期短，維護(hù)調(diào)試方便，易于擴(kuò)展，并且測(cè)量精度高、速度快，可重復(fù)性好。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保存程序框圖如圖418所示。可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存、報(bào)警功能，將信號(hào)進(jìn)行功率譜分析。表43 氣壓電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍類(lèi)型齒輪式馬達(dá)活塞式馬達(dá)葉片式馬達(dá)徑向活塞式軸向活塞式轉(zhuǎn)速范圍1000100001001300300050050000圖414 氣動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍測(cè)試程序框圖圖415 氣動(dòng)系統(tǒng)壓力極限值報(bào)警程序框圖氣動(dòng)系統(tǒng)壓力檢測(cè)系統(tǒng)前面板如圖416所示，速度檢測(cè)系統(tǒng)的前面板如圖417所示。氣壓電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍測(cè)試程序框圖如圖415所示。氣壓傳動(dòng)中主要使用容積式馬達(dá)，容積式馬達(dá)包括葉片式、活塞式和齒輪式等結(jié)構(gòu)形式，其中以葉片式和活塞式氣壓電機(jī)最為常用。數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用的氣馬達(dá)種類(lèi)很多。氣動(dòng)裝置系統(tǒng)故障診斷的基本原理就是采用對(duì)比檢測(cè)法，即根據(jù)實(shí)際氣動(dòng)裝置系統(tǒng)輸出與參考數(shù)值或與標(biāo)準(zhǔn)值的比較，來(lái)判斷氣動(dòng)裝置系統(tǒng)是否存在故障。氣壓電機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高或過(guò)低也會(huì)影響機(jī)床正常工作。氣動(dòng)系統(tǒng)正常工作需要保證氣動(dòng)裝置具有合適的工作壓力和運(yùn)動(dòng)速度。(5)傳動(dòng)介質(zhì)。它是使壓縮空氣凈化、潤(rùn)滑、消聲以及用于元件間連接等所需要的一些裝置。包括各種壓力閥、流量閥、方向閥、邏輯元件、射流元件、行程閥、轉(zhuǎn)換器和傳感器等。(3)控制元件。它是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，并將壓縮空體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置?？諝鈮嚎s機(jī)將原動(dòng)機(jī)械供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能；而氣源凈化設(shè)備用以降低壓縮空氣的溫度，除去壓縮空氣中的水分、油分以及污染雜質(zhì)等。氣動(dòng)系統(tǒng)的主要組成包括：(1)氣源發(fā)生裝置。由于以上優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，氣動(dòng)控制機(jī)床的應(yīng)用有六角車(chē)床、廠、深孔鉆床、軸承外圓車(chē)床、小型氣動(dòng)動(dòng)力頭、分度裝置及真空吸盤(pán)、機(jī)械手等，因此數(shù)控機(jī)床中氣動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)也日益重要。(6)空氣具有可壓縮性，使氣動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)載自動(dòng)保護(hù)，也便于貯氣罐貯存能量，以備急需。(4)氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，適于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。即使有泄漏，也不會(huì)像液壓油一樣污染環(huán)境。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)空氣隨處可取，取之不盡，節(jié)省了購(gòu)買(mǎi)、貯存、運(yùn)輸介質(zhì)的費(fèi)用和麻煩；用后的空氣直接排入大氣，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，處理方便，不必設(shè)置回收管路，因而也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換的問(wèn)題。機(jī)床振動(dòng)測(cè)試前面板如圖414所示。該程序有實(shí)測(cè)和虛擬測(cè)試兩種工作方式，虛擬測(cè)試即采用仿真信號(hào)模擬波形，對(duì)程序的運(yùn)行效果進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。(3) 功率譜分析。(2) 位移數(shù)據(jù)顯示。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能為：(1)濾波。機(jī)床振動(dòng)位移允許檻值如表42所示，機(jī)床振動(dòng)位移檢測(cè)程序框圖如圖413所示。機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量可通過(guò)幅值參數(shù)速度、加速度、位移來(lái)測(cè)量。通過(guò)監(jiān)測(cè)和分析機(jī)床的振動(dòng)信號(hào)，就可以判斷出機(jī)床發(fā)生故障的部位和嚴(yán)重程度，從而對(duì)設(shè)備進(jìn)行針對(duì)性修理。在運(yùn)行過(guò)程中，所有的機(jī)器都會(huì)受到疲勞、磨損、變形和地基下沉的影響。液壓系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)試前面板如圖412所示。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存功能，并實(shí)現(xiàn)振動(dòng)實(shí)時(shí)速度的顯示。本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)機(jī)床液壓振動(dòng)信號(hào)的采集、通過(guò)選濾波器篩選信號(hào)，對(duì)信號(hào)分析進(jìn)行振動(dòng)烈度評(píng)級(jí)，根據(jù)ISO2372標(biāo)準(zhǔn)的振動(dòng)速度檻值，振動(dòng)品質(zhì)按值的大小分為A、B、C、D 四級(jí)，其含義分別為“優(yōu)”、“良”、“容忍”、“不允許”[2]。(4)電動(dòng)機(jī)由于動(dòng)平衡不良或軸承損壞等而產(chǎn)生振動(dòng)。(2)油管管道碰擊。振動(dòng)往往產(chǎn)生噪聲，為保證機(jī)床加工精度不得不降切削速度和進(jìn)給量等，從而降低了生產(chǎn)率，甚至由于共振使刀具破裂折斷、機(jī)床及部件加速變形、磨損和損壞。當(dāng)振動(dòng)超過(guò)了正常狀態(tài)，則表明系統(tǒng)或元件存在異常。液壓系統(tǒng)流量檢測(cè)各參數(shù)檢測(cè)程序框圖如圖49所示，液壓系統(tǒng)流量檢測(cè)前面板如圖410所示。s1)。如果控制閥在所有工位上流量讀數(shù)均較小，即表明溢流閥出現(xiàn)故障。要具體確定何處有故障，再做如下分段測(cè)試：斷開(kāi)液壓缸或液壓馬達(dá)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并堵住油管接頭，將控制閥手柄置于流量減小最多的操作工位。隨后逐步關(guān)閉加載閥，使油壓從0升到最大值（）,記錄相應(yīng)的實(shí)時(shí)流量。將渦輪式流量傳感器按圖48接入測(cè)試回路，先測(cè)出額定流量與空載流量：將液壓缸處于下端頂死位置，同時(shí)將溢流閥回油管用一根橡膠軟管接通至油箱外的油桶內(nèi)，再將溢流閥壓力分別調(diào)至額定壓力和，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)使其在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，即可測(cè)定額定流量與空載流量。本系統(tǒng)采用渦輪式流量傳感器檢測(cè)液壓系統(tǒng)各重要元件的流量，測(cè)得傳感器輸出的信號(hào)脈沖頻率f ，即可以根據(jù)式(51)計(jì)算出流體的流量。泄漏量的大小則直接反映了元件的磨損情況及密封性能的好壞。圖47為液壓系統(tǒng)壓力測(cè)試前面板。壓力極限值報(bào)警程序框圖如圖44所示。點(diǎn)擊保存波形，數(shù)據(jù)將以圖表或表格的形式保存到指定位置；點(diǎn)擊波形回放按鈕，保存的數(shù)據(jù)就會(huì)以圖表的形式再現(xiàn)。此功能包括保存波形和啟動(dòng)回放。系統(tǒng)壓力信號(hào)可以作為監(jiān)測(cè)液壓泵的特征信號(hào)，而且壓力傳感器具有價(jià)格低廉、安裝方便、不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成不良影響等優(yōu)點(diǎn)。先在設(shè)備正常狀態(tài)下，測(cè)出各點(diǎn)正常的壓力值，并以此為基準(zhǔn)，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作機(jī)理，推測(cè)相關(guān)元件磨損以后，有關(guān)點(diǎn)的壓力值將發(fā)生什么變化，由此判斷元件的損壞情況。 壓力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)壓力是液壓裝置最重要的參數(shù)，它對(duì)液壓裝置狀態(tài)的變異十分敏感，在本系統(tǒng)中采用應(yīng)變式壓力傳感器測(cè)量有關(guān)部位的壓力來(lái)判斷液壓系統(tǒng)的狀態(tài)。液壓系統(tǒng)溫度測(cè)試前面板如圖41所示。用溫度傳感器直接測(cè)試元件表